Erkin konveksiya davrida issiqlik berish. Majburiy konveksiya davrida issiqlik berish. Aralashtirish jarayonida issiqlik berish

ERKIN KONVEKSIYA DAVRIDA ISSIQLIK BERISH. MAJBURIY KONVEKSIYA DAVRIDA ISSIQLIK BERISH. ARALASHTIRISH JARAYONIDA ISSIQLIK BERISH.

REJA:

1. 
   ISSIQ LIK ALM ASHINUVI.
   
2. 
   ISSIQLIK 0 ‘TKAZUYCHANLIK
   
3. 
   ERKIN HARAKATLANISHDA ISSIQLIK BERILISHI
   
4. 
   . ISSIQLIK O‘TKAZUVCHANLIK
   
5. 
   TEMPERATURA MAYDONI VA GRADIYENTI
   

Issiqlik uzatilishi yoki issiqlik almashuvi qattiq, suyuq va gazsimon jismlarda issiqlikning tarqalishini o'rganadi. Issiqlik uch xil usulda: issiqlik o‘tkazuvchanlik, konveksiya va nurlanish orqali uzatiladi. Issiqlik o‘tkazuvchanIik deb, jism mikrozarrachalarning tebranma harakati orqali issiqlikning uzatilishiga aytiladi. Issiqlik o‘tkazuvchanlik asosan qattiq jismlarda sodir bo‘ladi. Issiqlik o‘tkazuvchanlikda issiqlik gazlarda har xil energiyaga ega molekulalarning to'qnashuvida, suyuqliklarda molekulalarning tebranishida metallarda erkin elektr diffuziyasi natijasida issiqlik o'tadi. Konveksiya faqat suyuqlik va gazlarda sodir bo‘ladi. Zarrachalarning harakatlanishi natijasida o‘rin almashish hodisasiga konveksiya deyiladi. Issiqlik o'tkazuvchanlik va konveksiya bir paytda sodir bo‘lganda konvektiv issiqlik almashunuvi deyiladi. Konveksiya 2 xil bo‘ladi: erkin va majburiy konveksiya. Erkin konveksiya zichliklar farqi hisobiga sodir bo'ladi, majburiy konveksiya esa tashqi kuch ta’sirida (nasos, ventilyatorlar yordamida) sodir bo‘ladi. Nurlanish usulida issiqlik elektromagnit to‘lqinlari yordamida uzatiladi.

. ISSIQLIK 0 ‘TKAZUYCHANLIK

Oldingizda kosada qo‘yilgan qaynoq sho‘rvaga qoshiqni solib qo‘ysangiz, ko‘p o‘tmay qoshiqni ham ushlay olmay qolasiz. Sababi, qoshiq tayyorlangan metall katta issiqlik o‘tkazuvchanlik ko‘rsatkichiga ega bo‘ladi. Shu sababli, metall qoshiqning sho‘rvaga botib turgan qismi, sho‘rva issiqligini butun metall bo‘ylab o‘tkazadi va qoshiq ham qizib ketadi. Umuman olganda, deyarli barcha metallar yuqori issiqlik o‘tkazuvchanlik namoyon qiladi va metallga uzatilgan issiqlik butun metall bo‘ylab juda tez tarqaladi.
o‘zi aslida, tabiatda har qanday jism o‘ziga xos issiqlik o‘tkazuvchanlik ko‘rsatkichiga ega bo‘ladi (turli jismlarning issiqlik o‘tkazuvchanligi). Metallarning issiqlik o‘tkazuvchanligining bu darajada yuqoriligi esa, metallarning atom tabiati bilan bog‘liqdir. Metallarda atomlar uch o‘lchamli kristall panjara shaklida tartiblangan bo‘lib, ular o‘z o‘rta statistik vaziyati bo‘yicha muntazam tebranib turadi. Baland haroratli muhitga solingan metallda esa, atrof-muhitdagi haroratning yuqoriligi va katta tezlik bilan atrofdan o‘ziga kelib urilayotgan zarralarning shiddati ta'sirida, metall atomlarining tebranishi (vibratsiyasi) ham tezlashadi va yanada jadalroq titray boshlaydi. Metallning olovga kirib turgan qismi, yoki, qaynoq suyuqlikka botib turgan qismining harorat juda tezlik bilan, o‘sha olovning, yoki, qaynoq suyuqlikning haroratiga tenglashadi. Lo‘nda qilib aytganda, metallning harorati muhit harorati bilan tez tenglashadi. Shu sababli ham olovga teginib turgan metall qiziganda qizarib chog‘lanib ketadi.
Baland haroratli muhitda termik qo‘zg‘algan metall atomlari o‘ziga qo‘shni bo‘lgan atomlar bilan ham to‘qnasha boshlaydi va issiqlik harakati energiyasini o‘ziga qo‘shni atomga uzatadi. Shu tarzda, qo‘shni atomlar ham tez qizib, muhit haroratigacha isiydi. o‘z energiyasini qo‘shni atomga bergani hamonoq, olovga eng yaqin turgan atomlar ushbu energiyani yana tezkorlik bilan olovdan kelayotgan issiqlik energiyasi hisobidan kompensatsiyalaydi va yana qo‘shnisiga energiya uzatadi.
Shu tarzda, atomlararo zanjir orqali issiqlik metall bo‘ylab tezkorlik bilan tarqaladi va butun metall bo‘ylab yoyiladi. Shunday qilib, issiqlik o‘tkazuvchanlik bu - issiqlik o‘tkazuvchan moddani tashkil qiluvchi atom yoki molekulalarning o‘zaro to‘qnashishi orqali issiqlik uzatilishi va issiqlik almashinishi jarayonlarini asoslab berar ekan. Ya'ni, issiqlik harakati butun jism bo‘ylab tarqaladi; lekin, bu jarayonda issiqlikni bir-biriga uzatadigan atom va molekulalarning o‘zi harakatlanmaydi. Ular o‘z joyida mustahkam o‘rnashgan holda, issiqlikni qo‘shnisidan olib qo‘shnisiga uzatadi va shu tarzda, issiqlik almashinish jarayonida ishtirok etadi.
Issiqlik o‘tkazuvchanlik jarayonini bayon qiluvchi ixcham tenglama quyidagicha ko‘rinishga ega:
Q=A·ΔT/R
bu yerda Q - uzatilayotgan issiqlik energiyasi miqdori; A - issiqlik o‘tkazgich jismning ko‘ndalang kesim yuzasi; ΔT - ikki nuqta orasidagi haroratlar farqi; R esa - materialning issiqlik qarshiligi bo‘lib, u mazkur materialning issiqlik o‘tkazishga nisbatan qanday qarshilik ko‘rsatishini ifodalaydi. Biz yuqorida keltirgan misolda, ΔT - qoshiqning sho‘rvaga botib turgan qismidagi harorat va uning tashqarida, xona haroratida turgan qismi, ya'ni, sopidagi harorat ko‘rsatkichlari ayirmasiga teng bo‘ladi. A - qoshiqning ko‘ndalang kesim yuzasi; R esa har bir metall uchun o‘ziga xos bo‘lib, maxsus ma'lumotnoma-jadvallardan aniqlanadi. Formulaga qarab shu narsani oson payqash mumkinki, haroratlar farqi va metallning ko‘ndalang kesim yuzasi qanchalik katta bo‘lsa, ushbu metall orqali shunchalik ko‘p issiqlik miqdori o‘tkaziladi. Shu bilan birga, agar haroratlar farqi va metallning ko‘ndalang kesim yuzasi ma'lum bo‘lsa, unda bunday metall orqali issiqlik o‘tkazuvchanlik ko‘rsatkichi, mazkur metallning issiqlik qarshiligiga teskari proporsional bo‘ladi. Ya'ni, metallning issiqlik qarshiligi qanchalik baland bo‘lsa, uning issiqlik o‘tkazuvchanligi shunchalik yomon bo‘ladi.
Temperatura maydoni va gradiyenti. Issiqlik o’tkazuvchanlik – bu temperaturalar farqi borligi tufayli tutash muhitda issiqlikning molekulyar uzatilishidir. Issiqlik almashinuvining bunday usuli, asosan qattiq jismning ichida ham, shuningdek bir-biriga tegib turgan ikkita qattiq jism orasida ham sodir bo’ladi. Issiqlik o’tkazuvchanlik suyuqlik yoki gaz qatlami orqali ham amalga oshishi mumkin, lekin umuman olganda suyuqlik va gazlar (suyuqlangan metallar bundan mustasno) issiqlikni juda yomon o’tkazuvchan hisoblanadi. Asosiy tushunchalar Harorat maydoni. Jismning turli nuqtalaridagi haroratlar to‘plamiga harorat maydoni deyiladi. Harorat maydoni 2 xil holatda bo‘ladi: 1) barqaror harorat maydoni (harorat vaqt o'tishi bilan o‘zgarmaydi); 2) beqaror harorat maydoni (harorat vaqt o‘tishi bilan o‘zgaradi). Harorat maydoni uch o‘lchamli t=f(x,y,z), ikki o‘lchamli t = f(x,y) va bir o'lchamli t = (x) bo'ladi. Harorat gradienti. Jismning bir xil haroratlari nuqtalarini birlashtirsak, izotermik sirt hosil boladi. 2 ta izotermik sirt: t haroratli va At ga ko‘p bo‘lgan haroratli sirtni ko'rib chiqamiz. Bu sirtlar bir biri bilan kesishmaydi. A nuqtadan izotermik sirtga har xil yo‘nalishlar o‘tkazsak, harorat o'zgarishi har xil bo‘ladi. Izotermik sirtga normal bo‘yicha yo‘nalish o‘tkazsak haroratning o‘zgarishi yuqori bo‘ladi. Harorat o‘zgarishining (At) izotermalar orasida normal bo‘yicha masofa An ga nisbati harorat gradient! deyiladi. Issiqlik 0‘tkazuvchanlikning differensial tenglamasi. Issiqlik o'tkazuvchanlik orqali issiqlikning uzatilishida qatnashayotgan kattaliklar orasidagi bog'liklikni issiqlik o‘tkazuvchanlikning differensial tenglamasi aniqlaydi.
qv — jismning ichki issiqlik manbayi. Bir qiymatli shartlari. Differensial tenglamani konkret hodisaga tadbiq etish uchun bir qiymatli shartlarni bilish kerak. Geometrik shart (jismning o'lchamlari, tuzilishi); 2. Fizik shart (jismning fizik xususiyatlari); 3. Vaqt sharti (barqaror, beqaror holat); 4. Chegara shartlari:
I tartibli chegara sharti t = f (x,y,z, г ); II tartibli chegara sharti q = f (x,y, z, r ) III tartibli chegara sharti suyuqlik harorati:
Fure qonuni. Issiqlik o'tkazuvchanlikning asosiy qonuni. Fure qonunidirqonuniga asosan izotermik yuzadan vaqt birligi а — harorat o'tkazuvchanlik koeffitsienti;
Laplas operatori т (s) ichida o‘tayotgan issiqlik miqdori dQ (j) h aro rat gradientiga proporsionaldir: dQ = -X (d t/d n ) • dF-dx (186) bu yerda: X — issiqlik o‘tkazuvchanlik koefTitsienti (Vt/mK) jismning fizik kattaligi bo‘lib, qiymati son jihatdan haroratlar farqi 1°C boMganda devorning birlik qatlamidan vaqt birligi ichida o'tadigan solishtirma issiqlik miqdoriga teng. Izotermik sirtdan vaqt birligi ichida o‘tadigan issiqlik miqdori issiqlik oqimining zichligi deyiladi. q = Q / F • i
. Barqaror holatda yassi bir qatlamli devorning issiqlik o‘tkazuvchanIigi Qalinligi 5 (mm) va issiqlik o'tkazuvchanlik koefïïtsienti X bo‘lgan bir qatlamli yassi devor berilgan Devorning tashqi yuza va ichki yuzasida haroratlar o‘zgarmas, qilib turiladi. Berilgan sharoitda harorat maydoni bir olchamli bo‘ïadi, harorat faqat devor yuzasiga perpendikulyar yo‘nalishda o'zgaradi.
Bu yassi devor uchun Fure qonunini yozamiz.
Issiqlikning temperaturasi yuqori bo’lgan jism sirtidan temperaturasi pastroq bo’lgan jismga o’tish hodisasi Issiqlikning uzatilishi deyiladi. Termodinamikaning ikkinchi qonuniga muvofiq bu hodisa o’z-o’zidan sodir bo’ladi, ya’ni Issiqlik issiqroo’ jismdan sovuqroq jismga o’tadi. Bunda Issiqlik oqimining vektori T2 dan T1 ga yo’nalgan bo’ladi, chunki T2>T1. Issiqlik hamma turdagi muhitda (suyuq, qattiq gaz, vakuum) tarqaladi. Natijada issiq jism soviydi,sovuq jism isiydi. Bunday hodisa Issiqlik almashinuv deyiladi. Demak hamma jismlarda Issiqlik energiya shaklida,jismni tashkil etgan zarrachalarning harakati hisobiga uzatiladi.Bunday hodisa Issiqlik o’tkazuvchanlik deyiladi. Issiqlik o’tkazuvchanlik jismlar o’rtasida temperaturalar farqi bo’lganda muhitda uzatiladi. Bunday Issiqlik o’tkazuvchanlikda Issiqlikni zarralar va molekulalar tashiydi, deb qaraladi. Issiqlik tashuvchi agent jism ichida, uning qismlari orasida, o’zaro tegib turgan issiq va sovuq jismlar orasida harakatlanadi deb faraz qilinadi.
Uzatilgan Issiqlik miqdori tegib turgan sirt kattaligiga va Issiqlikning o’tish vaqtiga bog’liq bo’ladi. Bu kattalik Issiqlik oqimining quvvati deyiladi va u SI o’lchov birligi sistemasida j/s, ya’ni Vt da o’lchanadi.
Hamma nuqtalarda temperaturasi bir xil (Tqconst) bo’lgan sirt izotermik sirt deyiladi. Temperatura maydonining vektori izotermik sirtga tik yo’nalgan bo’ladi. Temperaturaning eng katta o’zgarishi normal (tik) yo’nalishda kuzatiladi. Izotermik sirtga tik tushirilgan normal bo’yicha temperatura o’zgarishining nmasofaga nisbati temperatura gradienti deyiladi,ya’ni
Fransuz olimi Furьe qonuniga muvofiq Issiqlik o’tkazuvchanlik bo’yicha uzatilgan Issiqlik oqimi zichligining vektori temperatura gradentiga mutanosib:
bunda  - jismning Issiqlik o’tkazuvchanlik koeffitsenti (Vt/mk);
 - koeffitsent moddalarning Issiqlik o’tkazuvchanlik xossasini ifodalaydi, tenglamadagi ”minus” ishorasi esa Issiqlik oqimi bilan temperatura gradienti vektorlarining yo’nalishlari qarama-qarshi ekanligini bildiradi, ya’ni temperaturaning eng katta pasayishi tomonga yo’nalganligini anglatadi. Issiqlik oqimining zichligi qn istalgan biror yo’nalishdagi qn vektori bilan normal o’rtasidagi burchak ko’paytmasiga teng;
Ma’lumki, gradTcosq asosida yozamiz:
Elementar dS yuzadan o’ta perpendikulyar yo’nalishda o’tadigan Issiqlik oqimi quyidagiga teng bo’ladi
Bu ifodani integrallab istalgan S yuzasidan o’tayotgan to’liq Issiqlik oqimini aniqlash mumkin:
Moddalarning Issiqlik o’tkazuvchanligi turlicha va o’z navbvatida, ularning Issiqlik o’tkazuvchanlik koeffitsenti  keng oralig’idagi kattaliklarni qabul qiladi.
maydoni bir o’lchamli, temperatura gradienti esa sK/Nx ga teng
2- Devorning Issiqlik o’tkazuvchanligi
Devor orqali o’tadigan Issiqlik oqimining zichligini topamiz va temperaturaning devor qalinligi bo’yicha o’zgarish xarakterini aniqlaymiz.
Devor ichida ikkita izotermik sirt bilan chegaralangan, qalinligi ix bo’lgan elementar ^atlamni ajratamiz. Bu qatlam uchun Furьe tenglamasi quyidagi ko’rinishda bo’ladi:
O’zgaruvchilarni bir-biriga bo’lib, quyidagini olamiz:
Bu tenglamani integrallasak,
Integrallash doimiysi S chegaraviy shartlardan aniqlanadi.
Binobarin, tenglama quyidagi ko’rinishda bo’ladi:
Bu tenglamadan ko’rib chiqilayotgan de
Savol bo'limida issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti nima (masalan, suv) ?? (suvga nima teng?) muallif tomonidan berilgan kavkaz eng yaxshi javob Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti - qalinligi 1 m va 1 kv.m bo'lgan materialdan o'tadigan issiqlik miqdoriga (kilokaloriyalarda) teng bo'lgan materialning issiqlik o'tkazuvchanligining raqamli tavsifi. 1 gradus ikki qarama-qarshi sirtda harorat farqi bilan soatiga m. C. Metalllarning issiqlik o'tkazuvchanligi eng yuqori, gazlar esa eng past bo'ladi.
Moddaning issiqlik o'tkazuvchanligi - bu moddaning cheksiz ingichka simining bir uchiga qancha issiqlik qo'llanilishi kerakligini ko'rsatadigan qiymat, shunda bu simning bu uchidan 1 m masofada joylashgan nuqtasi 1 darajaga ko'tariladi. bir soniyada (kosmosga nol issiqlik o'tkazuvchanligini hisobga olgan holda). Mayk hamma narsani yaxshi yozgan.dan javob Mayk[guru]
Issiqlik o'tkazuvchanligi - bu moddaning issiqlik energiyasini uzatish qobiliyati, shuningdek, bu qobiliyatning miqdoriy bahosi (issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti deb ham ataladi).
Issiqlik o'tkazuvchanlik hodisasi shundan iboratki, jismning haroratini belgilovchi atomlar va molekulalarning kinetik energiyasi ularning o'zaro ta'siri paytida boshqa
SUVNING SUYUQ HOLATDAGI KIMYOVIY VA FIZIKK XUSUSIYATLARI →, ushbu materialda biz batafsilroq ta'rif beramiz.
Birinchidan, umuman olganda, issiqlik o'tkazuvchanligi atamasining ma'nosini ko'rib chiqing.
Issiqlik o'tkazuvchanligi - bu ...
Texnik tarjimon uchun qo'llanma
Issiqlik o'tkazuvchanligi - issiqlik o'tkazuvchanligi, bunda notekis isitiladigan muhitda issiqlik almashinuvi atom-molekulyar xususiyatga ega.
Issiqlik o'tkazuvchanligi - materialning issiqlik oqimini o'tkazish qobiliyati
Texnik tarjimon uchun qo'llanma
Ushakovning izohli lug'ati
Issiqlik o'tkazuvchanligi, issiqlik o'tkazuvchanligi, pl. yo'q, ayol (jismoniy) - jismlarning issiqlikni ko'proq isitiladigan qismlardan kamroq isitiladigan qismlarga taqsimlash xususiyati.

Katta ensiklopedik lug'at

Issiqlik o'tkazuvchanligi - issiqlik harakati va uni tashkil etuvchi zarrachalarning o'zaro ta'siri natijasida energiyani tananing ko'proq isitiladigan qismlaridan kamroq isitiladigan qismlarga o'tkazish. Bu tana haroratining tenglashishiga olib keladi. Odatda, issiqlik oqimining zichligi sifatida aniqlangan uzatiladigan energiya miqdori harorat gradientiga proportsionaldir (Furye qonuni). Proportsionallik koeffitsienti issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti deb ataladi.
Katta ensiklopedik lug'at. 2000
Suvning issiqlik o'tkazuvchanligi
Umumiy rasmni yanada kengroq tushunish uchun biz bir nechta faktlarga e'tibor qaratamiz:
Havoning issiqlik o'tkazuvchanligi suvning issiqlik o'tkazuvchanligidan taxminan 28 baravar kam;
Neftning issiqlik o'tkazuvchanligi suvnikidan taxminan 5 baravar kam;
Bosim ortishi bilan issiqlik o'tkazuvchanligi oshadi;
Issiqlik o'tkazuvchanligi, boshqa barcha narsalar singari, barchamiz uchun suvning juda muhim xususiyatidir. Misol uchun, biz ko'pincha, buni bilmasdan, kundalik hayotda foydalanamiz - isitiladigan narsalarni tez sovutish uchun suvdan, issiqlikni to'plah va saqlash uchun esa isitish yostig'idan foydalanamiz.
Pastga yo'nalishda ular suv qatlamining qalinligi sharsimon (egrilik radiusi taxminan 1 m) va tekis o'rtasida bo'lganda aniqlana boshlaydi.
Bug 'va suyuqlik o'rtasidagi issiqlik almashinuvi natijasida suyuqlikning faqat yuqori qatlami o'rtacha drenaj bosimiga mos keladigan to'yinganlik haroratini oladi. Suyuqlikning asosiy qismining harorati to'yinganlik haroratidan past bo'lib qoladi. Suyuq propan yoki butanning termal tarqalishining past qiymati tufayli suyuqlikning isishi sekin davom etadi. Misol uchun, suyuq propan to'yinganlik chizig'ida ts - 20 ° C a = 0,00025 m - / soat haroratda, eng termal inert moddalardan biri bo'lgan suv uchun esa bir xil haroratda termal diffuzivlik qiymati bo'ladi. a = 0,00052 m/soat bo'lishi kerak
Yog'ochning issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik tarqalishi uning zichligiga bog'liq, chunki issiqlik sig'imidan farqli o'laroq, bu xususiyatlar yog'och hajmiga taqsimlangan havo bilan to'ldirilgan hujayra bo'shliqlari mavjudligidan ta'sirlanadi. Mutlaqo quruq yog'ochning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti ortib borayotgan zichlik bilan ortadi va issiqlik diffuziyasi pasayadi. Hujayra bo'shliqlari suv bilan to'ldirilganda, yog'ochning issiqlik o'tkazuvchanligi oshadi va issiqlik tarqalishi kamayadi. Yog'ochning tolalar bo'ylab issiqlik o'tkazuvchanligi bo'ylab qaraganda kattaroqdir.
NIMA ko'mir, havo va suv moddalari uchun ushbu koeffitsientlarning keskin farqli qiymatlariga bog'liq. Shunday qilib, suvning solishtirma issiqlik sig'imi uch baravar, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti esa havonikidan 25 baravar katta, shuning uchun ko'mirdagi namlikning oshishi bilan issiqlik va issiqlik tarqalish koeffitsientlari ortadi (13-rasm).
Shaklda ko'rsatilgan qurilma. Chapdagi 16, quyma materiallarning issiqlik va issiqlik tarqalishini o'lchash uchun xizmat qiladi. Bunday holda, sinov materiali silindrning 6 ichki yuzasi va silindrsimon isitgich 9 tomonidan hosil qilingan bo'shliqqa joylashtiriladi, qurilma o'qi bo'ylab joylashtiriladi. Eksenel oqimlarni kamaytirish uchun o'lchov birligi issiqlik izolyatsiyalovchi materialdan tayyorlangan 7, 8 qopqoqlari bilan jihozlangan. Ichki va tashqi tsilindrlardan hosil bo'lgan ko'ylagi ichida doimiy haroratli suv aylanadi. Oldingi holatda bo'lgani kabi, harorat farqi differensial termojuft bilan o'lchanadi, ularning bir birikmasi silindrsimon isitgich yaqinida, ikkinchisi esa 2 - sinov materiali bilan silindrning ichki yuzasida o'rnatiladi.
Bir tomchi suyuqlikning bug'lanishi uchun zarur bo'lgan vaqtni hisobga olsak, shunga o'xshash formulaga kelamiz. Suv kabi suyuqliklarning termal tarqalishi Xv odatda past bo'ladi. Shu munosabat bilan tomchining qizishi t o/Xv vaqt ichida nisbatan sekin sodir bo'ladi.Bu suyuqlikning bug'lanishi faqat tomchining yuzasidan sezilarli qizdirilmasdan sodir bo'ladi, deb taxmin qilish imkonini beradi.
Sayoz suvlarda suv atmosfera bilan issiqlik almashinuvi jarayonlari tufayli nafaqat yuqoridan, balki pastdan, past issiqlik tarqalishi va nisbatan past issiqlik sig'imi tufayli tez qizib ketadigan pastki tomondan ham isitiladi. Kechasi pastki qismi kun davomida to'plangan issiqlikni uning ustida joylashgan suv qatlamiga o'tkazadi va bir xil issiqxona effekti paydo bo'ladi.
Ushbu iboralarda Yad va H (mol kal) yutilish va reaksiya issiqliklari (reaksiya ekzotermik bo'lganda ijobiy) va qolgan belgilar yuqorida ko'rsatilgan. Suv uchun issiqlik diffuziyasi taxminan 1,5-10" sm 1 sek. Funktsiyalar va
Burg'ulash suyuqliklarining issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik tarqalishi ancha kam o'rganilgan. Issiqlik hisoblarida ularning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, V. N. Daxnov va D. I. Dyakonov, shuningdek, B. I. Esman va boshqalarga ko'ra, suv bilan bir xil - 0,5 kkal / m-h-deg olinadi. Malumot ma'lumotlariga ko'ra, burg'ulash suyuqliklarining issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti 1,29 kkal / m-h-deg. S. M. Quliev va boshqalar issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientini hisoblash uchun tenglamani taklif qildilar.
Suvning havoga bug'lanishi va nam havodan suvning kondensatsiyasi jarayonlarini taxminiy hisoblash uchun Lyuis nisbatidan foydalanish mumkin, chunki 20 ° C da termal diffuziyaning diffuziya koeffitsientiga nisbati 0,835 ni tashkil qiladi, bu birlikdan unchalik farq qilmaydi. . D5-2 bo'limida nam havoda sodir bo'ladigan jarayonlar o'ziga xos namlikning entalpiyaga nisbatan syujeti yordamida o'rganildi.
Tenglamalarda (VII.3) va (VII.4) va chegaraviy sharoitlarda (VII.5) quyidagi belgilar qabul qilinadi Ti va T - mos ravishda, qotib qolgan va qattiqlashtirilmagan qatlamlarning harorati - muhitning harorati T p - krioskopik harorat a va U2 - mos ravishda, bu qatlamlarning issiqlik tarqalishi a \u003d kil ifi), mV A.1 - muzlatilgan go'sht uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, Vt / (m-K) A.2 - sovutilgan go'sht uchun bir xil, Vt / (m-K) q va cg - muzlatilgan va sovutilgan go'shtning o'ziga xos issiqlik sig'imlari, J / (kg-K) Pi ip2 - muzlatilgan va sovutilgan go'shtning zichligi p1 \u003d pj \u003d 1020 kg / m - muzlatilgan qatlamning qalinligi, hisoblangan dan
Bo'lim tarkibi
Issiqlik o'tkazuvchanligi mikrostruktura elementlarining mahalliy haroratga bog'liq harakatlariga bog'liq. Suyuqlik va gazlarda mikro strukturaviy harakatlar tasodifiy molekulyar harakatlar bo'lib, ularning intensivligi harorat oshishi bilan ortadi. Qattiq metallarda o'rtacha haroratda issiqlik almashinuvi erkin elektronlarning harakati tufayli sodir bo'ladi. Metall bo'lmagan qattiq jismlarda issiqlik o'tkazuvchanligi barcha molekulalar va barcha atomlarning muvozanat holatidan siljishi natijasida hosil bo'lgan elastik akustik to'lqinlar orqali amalga oshiriladi. Issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli haroratni tenglashtirish deganda, tebranish energiyasining taqsimlanishi butun tanada bir xil bo'lgan bir-biriga o'rnatilgan to'lqinlarning tasodifiy taqsimlanishiga o'tish tushuniladi. Amaliy sharoitlarda issiqlik o'tkazuvchanligi eng toza shaklda qattiq moddalarda kuzatiladi.
Issiqlik o'tkazuvchanligi nazariyasi Furye qonuniga asoslanadi, u tananing ichidagi issiqlikni ko'rib chiqilayotgan joyga bevosita yaqin harorat holati bilan bog'laydi - u quyidagicha ifodalanadi:
bu yerda: dQ/dt – issiqlik uzatish tezligi (vaqt birligidagi issiqlik miqdori); F - issiqlik oqimining yo'nalishi bo'yicha normal tasavvurlar maydoni; dt / dl - issiqlik oqimi yo'nalishi bo'yicha haroratning o'zgarishi, ya'ni. harorat gradienti.
Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti moddaning fizik parametri bo'lib, odatda harorat, bosim va moddaning turiga bog'liq. Ko'pgina hollarda turli xil materiallar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti turli usullar yordamida eksperimental tarzda aniqlanadi. Ularning ko'pchiligi o'rganilayotgan moddada issiqlik oqimi va harorat gradientini o'lchashga asoslangan. Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti l, Vt / (m × K) nisbatdan aniqlanadi: shundan kelib chiqadiki, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti izotermik sirt birligi orqali vaqt birligida o'tadigan issiqlik miqdoriga sonli tengdir. birga teng harorat gradienti. Har xil moddalarning issiqlik o'tkazuvchanligining taxminiy qiymatlari rasmda ko'rsatilgan. 1.4 Jismlar har xil haroratga ega bo'lishi mumkinligi sababli va issiqlik almashinuvi mavjud bo'lganda, tananing o'zida harorat notekis taqsimlanadi, ya'ni. Avvalo, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining haroratga bog'liqligini bilish muhimdir. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, amaliyot uchun etarli aniqlik bilan ko'plab materiallar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining haroratga bog'liqligi chiziqli sifatida qabul qilinishi mumkin: bu erda l 0 - t 0 haroratda issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientining qiymati; b - empirik aniqlangan doimiy.
Gazlarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti. Kinetik nazariyaga ko'ra, oddiy bosim va haroratda gazlarda issiqlik o'tkazuvchanligi bilan issiqlikning o'tkazilishi, alohida gaz molekulalarining xaotik harakati va to'qnashuvi natijasida molekulyar harakatning kinetik energiyasini uzatish bilan aniqlanadi. Bunday holda, issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:Bu yerda gaz molekulalari harakatining oʻrtacha tezligi, toʻqnashuvlar orasidagi gaz molekulalarining oʻrtacha erkin yoʻli, doimiy hajmdagi gazning issiqlik sigʻimi, gazning zichligi. Bosimning oshishi bilan zichlik teng ravishda oshadi, yo'l uzunligi kamayadi va mahsulot doimiy bo'lib qoladi. Shuning uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti bosim bilan sezilarli darajada o'zgarmaydi. Istisnolar juda kichik (2,66 × 10 3 Pa dan kam) va juda katta (2 × 10 9 Pa) bosimdir. Gaz molekulalari harakatining o'rtacha tezligi haroratga bog'liq: bu erda R m - universal gaz doimiysi, 8314,2 J/(kmol×K) ga teng; m - gazning molekulyar og'irligi; T - harorat, K. Gazlarning issiqlik sig'imi harorat oshishi bilan ortadi. Bu gazlar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti harorat oshishi bilan ortib borishini tushuntiradi. Gazlarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti l 0,006 dan 0,6 Vt / (m × K) oralig'ida yotadi. Shaklda. 1.5 N. B. Vargaftik tomonidan amalga oshirilgan turli gazlarning issiqlik o'tkazuvchanligini o'lchash natijalarini ko'rsatadi. Gazlar orasida geliy va vodorod issiqlik o'tkazuvchanligi bilan keskin ajralib turadi. Ularning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti boshqa gazlarga qaraganda 5-10 marta katta. Bu rasmda aniq ko'rinadi. 1.6. Geliy va vodorod molekulalari kichik massaga ega va shuning uchun yuqori o'rtacha harakat tezligiga ega, bu ularning yuqori issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientini tushuntiradi. Ideallardan sezilarli darajada farq qiluvchi suv bug'lari va boshqa haqiqiy gazlarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari ham bosimga kuchli bog'liqdir. Gaz aralashmalari uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientini qo'shimchalar qonuniga muvofiq aniqlash mumkin emas, uni empirik tarzda aniqlash kerak.
Suyuqliklarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti. Suyuqliklarni tushirishda issiqlik tarqalish mexanizmi energiyani mos kelmaydigan elastik tebranishlar orqali uzatish sifatida ifodalanishi mumkin. A. S. Predvoditelev tomonidan ilgari surilgan suyuqliklarda issiqlik almashinuvi mexanizmining bunday nazariy kontseptsiyasi N. B. Vargaftik tomonidan turli suyuqliklarning issiqlik o'tkazuvchanligi haqidagi eksperimental ma'lumotlarni tavsiflash uchun ishlatilgan. Ko'pgina suyuqliklar uchun nazariya yaxshi yordam topdi. Ushbu nazariyaga asoslanib, quyidagi shakldagi issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti uchun formula olingan:bu erda - doimiy bosimdagi suyuqlikning issiqlik sig'imi; suyuqlikning zichligi; m - molekulyar og'irlik. Suyuqlikdagi elastik to'lqinlarning tarqalish tezligiga mutanosib bo'lgan A koeffitsienti suyuqlikning tabiatiga bog'liq emas, balki haroratga bog'liq, Ac p ≈const. Suyuqlikning zichligi r harorat ortishi bilan kamayib borayotganligi sababli (1.21) tenglamadan kelib chiqadiki, doimiy molekulyar og'irlikdagi suyuqliklar (bog'lanmagan va zaif bog'langan suyuqliklar) uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti harorat oshishi bilan kamayishi kerak. (1.21) formulada kuchli bog'langan suyuqliklar (suv, spirtlar va boshqalar) uchun molekulyar og'irlikning o'zgarishini hisobga oladigan assotsiatsiya koeffitsientini kiritish kerak. Assotsiatsiya koeffitsienti haroratga ham bog'liq va shuning uchun har xil haroratlarda u issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientiga turli yo'llar bilan ta'sir qilishi mumkin. Tajribalar shuni tasdiqlaydiki, ko'pchilik suyuqliklar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti l harorat ortishi bilan kamayadi, suv va glitserin bundan mustasno (1.7-rasm). Suyuqliklarni tushirishning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti taxminan 0,07 dan 0,7 Vt / (m × K) oralig'ida joylashgan. Bosimning oshishi bilan suyuqliklarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari ortadi.
Qattiq jismlarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti. Metalllarda issiqlikning asosiy uzatuvchisi erkin elektronlardir, ularni ideal bir atomli gazga o'xshatish mumkin. Atomlarning tebranish harakatlari orqali yoki elastik tovush to'lqinlari shaklida issiqlik uzatish istisno qilinmaydi, lekin uning ulushi elektron gaz bilan energiya uzatish bilan solishtirganda ahamiyatsiz. Erkin elektronlar harakati tufayli harorat isitish yoki sovutish metallining barcha nuqtalarida tenglashadi. Erkin elektronlar ko'proq isitiladigan hududlardan kamroq isitiladigan hududlarga va teskari yo'nalishda harakat qiladilar. Birinchi holda, ular atomlarga energiya beradi, ikkinchisida ular uni olib tashlashadi. Elektronlar metallarda issiqlik energiyasining tashuvchisi bo'lganligi sababli, issiqlik va elektr o'tkazuvchanlik koeffitsientlari bir-biriga mutanosibdir. Harorat ko'tarilganda, termal bir xillik kuchayishi tufayli elektronlarning tarqalishi ortadi. Bu sof metallarning issiqlik va elektr o'tkazuvchanlik koeffitsientlarining pasayishiga olib keladi (1.8-rasm). Har xil turdagi aralashmalar mavjud bo'lganda, metallarning issiqlik o'tkazuvchanligi keskin pasayadi. Ikkinchisini elektronlarning tarqalishiga olib keladigan strukturaviy bir xilliklarning kuchayishi bilan izohlash mumkin. Masalan, sof mis uchun l= 396W/(m×K), mishyak izlari boʻlgan bir xil mis uchun l= 142W/(m×K). Sof metallardan farqli o'laroq, qotishmalarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari harorat oshishi bilan ortadi (1.9-rasm). Dielektriklarda haroratning oshishi bilan issiqlik o'tkazuvchanligi odatda ortadi (1.10-rasm). Qoida tariqasida, yuqori zichlikka ega bo'lgan materiallar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti yuqori qiymatga ega. Bu materialning tuzilishiga, uning g'ovakligi va namligiga bog'liq.
Ko'pgina qurilish va issiqlik o'tkazmaydigan materiallar g'ovakli tuzilishga ega (g'isht, beton, asbest, shlak va boshqalar) va Furye qonunining bunday jismlarga nisbatan qo'llanilishi ma'lum darajada shartli. Materialda g'ovaklarning mavjudligi bunday jismlarni uzluksiz muhit sifatida ko'rib chiqishga imkon bermaydi. Gözenekli materialning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti ham shartli. Bu qiymat ba'zi bir hil jismning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti ma'nosiga ega bo'lib, u orqali chegaralarda bir xil shakl, o'lcham va harorat bilan bir xil miqdordagi issiqlik bu gözenekli tanadan o'tadi. Kukunli va g'ovakli jismlarning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti ularning zichligiga kuchli bog'liqdir. Masalan, r zichligi 400 dan 800 kg / m3 gacha oshishi bilan asbestning issiqlik o'tkazuvchanligi 0,105 dan 0,248 Vt / (m × K) gacha oshadi. r zichligining issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientiga bunday ta'siri g'ovaklarni to'ldiruvchi havoning issiqlik o'tkazuvchanligi g'ovakli materialning qattiq tarkibiy qismlaridan ancha past ekanligi bilan izohlanadi. G'ovakli materiallarning samarali issiqlik o'tkazuvchanligi ham namlikka kuchli bog'liqdir. Nam material uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti quruq va alohida suvga qaraganda ancha katta. Masalan, quruq g'isht uchun l= 0,35, suv uchun l=0,60, ho'l g'isht uchun l≈1,0 Vt/(m×K). Bu ta'sirni g'ovakli material ichidagi suvning kapillyar harakati tufayli konvektiv issiqlik almashinuvi va qisman yutilish bilan bog'liq namlik erkin suv bilan solishtirganda turli xil xususiyatlarga ega ekanligi bilan izohlanishi mumkin. Donador materiallarning issiqlik o'tkazuvchanligining harorat bilan ortishi, haroratning oshishi bilan donalar orasidagi bo'shliqlarni to'ldiruvchi muhitning issiqlik o'tkazuvchanligi oshishi va donador massaning nurlanish orqali issiqlik o'tkazuvchanligi ham ortishi bilan izohlash mumkin. Qurilish va issiqlik izolyatsiyalash materiallarining issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsientlari taxminan 0,023 dan 2,9 Vt / (m × K) oralig'ida joylashgan qiymatlarga ega. Odatda issiqlik izolyatsiyasi uchun ishlatiladigan past issiqlik o'tkazuvchanlik qiymati [0,25 Vt / (m × K) dan kam] bo'lgan materiallarga issiqlik izolyatsiyasi materiallari deyiladi.
vaqt ichida devorning F yuzasi orqali o‘tayotgan umumiy issiqlik miqdori Q=q F T. Yassi ko‘p qatlamli devor uchun (masalan, 3 qatlamli devor uchun) issiqlik oqimi zichligi quyidagi ifoda orqali topiladi . bu yerda: n — qatlamlar soni; n 5 - ko‘p qatlamli devorning to‘la termik qarshiligi. /=1 А, Bir-biriga tegib turgan qatlamlar orasidagi haroratlarni quyidagi ifodalardan topish mumkin: Ko‘p qatlamli yassi devorda harorat o‘zgarishi yo'nalishi siniq chiziqda tasvirlanadi. Barqaror holatda bir qatlamli silindrik devorning issiqlik o‘tkazuvchanligi X,=const bo‘lgan sharoitda silindrik devorda harorat logarifmik egri chiziq bo‘yicha o'zgaradi va quyidagi tenglama bilan ifodalanadi. £ uzunlikka ega bo'lgan bir qatlamli silindrik devordan o'tayotgan issiqlik miqdori quyidagi ifoda bilan aniqlanadi: Issiqlik oqimi zichligi silindrik devorning ichki yuza birligiga berilgan boMishi mumkin: va tashqi yuza birligiga: hamda quvur uzunligi bo'yicha: (issiqlik oqimining chiziqli zichligi). Ko‘p qatlamli devor uchun (ikki qatlamli) devor issiqlik oqimining chiziqli zichlik Qatlamlar orasidagi chegara haroratlari boladi.
Umumiy tushunchalar Konvektiv issiqlik almashuvi yoki issiqlik berish deb, qattiq jism bilan suyuqlik yoki gazlar orasidagi issiqlik almashuviga aytiladi. Konvektiv issiqlik almashuvi bir vaqtning o‘zida ikki usul: konveksiya va issiqlik o'tkazuvchanlik yo‘li bilan amalga oshiriladi. Bunda issiqlik tarqalishi harakatlanuvchi muhitga (suyuqlik yoki gazga) uzluksiz bog‘liqdir. Issiqlik berish jadalligi ko‘p hollarda issiqlik tashuvchining issiqlik berish yuzasiga nisbatan harakat tezligiga bog‘liq bo‘ladi.
Issiqlik tashuvchining harakati erkin yoki majburiy bo‘lishi mumkin. Erkin harakatlanish yoki erkin konveksiya deganda tizimda suyuqlik yoki gazning tashqi jihatdan bir xil bo‘lmagan massaviy kuchlar maydoni (gravitatsion, magnit, elektr yoki inersiya maydonlari kuchlari) ta’siridagi harakati tushuniladi. Majburiy harakat yoki majburiy konveksiya tizim chegaralariga qo‘yilgan tashqi yuza kuchlari yoki tizim ichidagi suyuqlikka quyilgan massaviy kuchlarning bir xil maydoni; suyuqlikka tizimdan tashqari berilgan kinetik energiya hisobiga yuzaga keluvchi harakat hisoblanadi. Amaliyotda suyuqlik yoki gazlarda erkin konveksiya suyuqlikning issiq va sovuq zarrachalari zichliklarning farqi tufayli sodir boiadi. Majburiy konveksiya esa tashqi kuch—Ventilator yoki nasos ta’sirida sodir boladi. Suyuqlik oqishining tartibi konvektiv issiqlik almashuvi yuzaga kelishining asosini tashkil etadi. 1884-yilda Reynolds o‘z tajribalari asosida suyuqlik harakatining laminar yoki turbulent bo‘lishini ko‘rsatib berdi. Suyuqlik zarrachalarining bir tekisda aralashmagan holda yuzaga kelishiga laminar oqim deyiladi. Bunda oqish yo‘nalishida normal bo‘yicha issiqlikning uzatilishi asosan issiqlik o'tkazuvchanlik bilan amalga oshadi.
Suyuqlikning issiqlik o‘tkazuvchanligi ancha kichik bo‘lganligi sababli tezlik uncha katta bo‘lmaydi. Oqish tezligi muayyan qiymatdan ortishi bilan harakat holati keskin o‘zgaradi, ya’ni tartibsiz harakat yuzaga kelib, oqim butunlay aralashib ketadi.
Bunday oqim turbulent oqim deb ataladi. Turbulent oqimda issiqlik oqim ichida issiqlik o‘tkazuvchanlik orqali barcha zarrachalarning aralashishi bilan issiqlik oqimi tarqaladi, shuning uchun ham turbulent oqimda issiqlik almashinishi yuqoriroq boMadi.
Reynolds suyuqlikning quvurdagi oqish tartibi olchamsiz qiymat bilan aniqlanishini ko‘rsatdi. Bu qiymat Reynolds soni deb ataladi. Laminar suyuqlik yoki gaz bir tekisda qatlam-qatlam bo‘lib harakatlanadi (Re<2300), turbulent oqimda qatlamlar bir-biri bilan aralashib harakatlanadi (Re >10 000). Suyuqlik quvur bo‘ylab harakatlanishining o‘ziga xos xususiyatlari bor. Tezligi o‘zgarmas bo‘lgan suyuqlikning quvur bo'ylab harakatini ko‘rib chiqamiz Suyuqlik quvur bo'ylab oqa boshlashi bilan devorlar yaqinidagi suyuqlik zarrachalari ishqalanish natijasida devorlarga yopishib qoladi. Natijada devorlar yaqinida tezlik nolgacha pasayadi. Suyuqlik sarfi o'zgarmaganligi sababli tezlik quvur kesimining o‘rtasida ko‘payadi. Bunda quvur devorlarida gidrodinamik chegara qatlam hosil bo‘ladi. 6 oqim bo'ylab bu qatlamning qalinligi ortadi. Tezlik ortishi bilan chegara qatlamning qalinligi kattalashadi. Suyuqlikning qovushqoqligi ortishi bilan qatlamning qalinligi ham ortadi. Bu o‘z navbatida suyuqlikdan qattiq jism sirtiga issiqlik berishni kamaytiradi. Suyuqlik quvur bo‘ylab laminar harakatda bo‘lganda hosil boMgan chegara qatlam tufayli issiqlik almashinishi kam bo‘ladi, turbulent harakat yuzaga kelishi bilan harakatlanmay qolgan suyuqlik zarrachalari ni ng harakat tezligi ortishi tufayli chegara qatlamning qalinligi kamayadi.
Natijada issiqlik almashishi ortadi. Issiqlik berish jarayonini hisoblashda Nyuton-Rixman qonunidan foydalaniladi: Q = a(t„-tm)F (202) bu yerda: Q - issiqlik oqimi, Vt; a — issiqlik berish koeffitsienti, Vt/m2K; t — atrof-muhit harorati, °C, m 7 3 Xd — devor sirtining harorati, °C; F — issiqlik almashuv yuzasi, m2. Issiqlik berish koeffitsienti a — son jihatdan 1 sekund vaqt ichida 1 m2 yuzadan muhitga yoki muhitdan 1 m2 yuzaga haroratlar farqi (t^ — tm) yoki (tm — trf) 1°C ga teng bo‘lganda beriigan issiqlik miqdoriga teng, agar t , > t bo‘Isa, At = t , - t ; agar t > t . bo‘lsa, At = t — t . bo‘ladi. ° a m 7 a m 7 ' - ' m u ’ m a Issiqlik oqimi zichligi: q = a At Vt/m2 ga teng. (203)
0‘xshashlik nazariyasi asoslari Konvektiv issiqlik almashuvi ko‘p o‘zgaruvchanli va bir ma’noli differensial tenglamalar bilan izohlanadi. Issiqlik berish koeffitsientini analitik hisoblash, tenglamalarni yechish juda ko‘p qiyinchiliklarga olib keladi. Shuning uchun o‘xshashlik nazariyasiga asoslanib, issiqlik berish koeffitsientini tajriba yo‘li bilan aniqlash katta ahamiyatga ega. 0 ‘xshashlik nazariyasi tajriba qurilmalarida olingan natijalarni boshqa shunga o‘xshash hodisalarga tatbiq etish mumkinligini, ya’ni jarayonlar o'xshashligini aniqlashga imkon beradi. Konvektiv issiqlik almashuvining asosiy o‘xshashlik mezonlari (sonlari) — Reynolds, Grasgof, Prandtl va Nusselt mezonlaridir. wx Re = ---- - bu tenglik oqim inersiya kuchining qovushqoqlik kuchiga v bo‘lgan nisbatini ifodalaydi. gß A/ x3 Gr = ------ ,----- - bu tenglik oqim ko'tarilishi kuchining v~ qovushqoqlik kuchiga bo'lgan nisbatini ifodalaydi. Pr = v /a — issiqlik tashuvchining flzik xususiyatini ifodalaydi. Nu = a / 1 X — konvektiv issiqlik almashuvini ifodalovchi kattalik. bu yerda: w — issiqlik tashuvchining harakat tezligi, m/s; x — geometrik aniqlovchi kattalik, m; v — kinematik qovushqoqlik koeffitsienti, m2/s; a = X / cp - harorat o‘tkazuvchanlik koeffitsienti, m2/s;
g - erkin tushish tezlanishi, m/s2; ß — hajmiy kengayish harorat koeffitsienti, —7 ; K At = td — tm — haroratlar farqi; X — issiqlik tashuvchining issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti, Vt/m K. a — issiqlik berish koeffitsienti, Vt/m2K; c — issiqlik tashuvchining issiqlik sig'imi, j/kgK; p — issiqlik tashuvchining zichligi, kg/m3. 0 ‘xshashlik mezoni jarayonini matematik analiz qilish yo‘li bilan topish mumkin. Issiqlik almashuvi jarayonlarining o‘xshashlik mezonlari son jihatdan bir-biriga teng bo‘lishi kerak. Issiqlik almashuvi jarayonlarining o‘xshashligi bir xil mezon tenglamalari bilan izohlanadi. Konvektiv issiqlik almashuvining 0‘xshashlik tenglamasi va mezon tenglamasi issiqlik tashuvchining turbulent harakatida (ko‘proq majburiy) quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi: Nu = f(Re, Pr) (204) Issiqlik tashuvchining laminar (ko‘proq erkin) harakatida 0‘xshashlilik tenglamasi quyidagicha bo‘ladi:
Nu = f (Gr, Pr) (205)
Quvurlarda majburiy oqimda issiqlik berish Suyuqlik quvur bo'ylab harakatlanganda oqimga qarshilik kuchlari ta’sirida suyuqlik harakati butun quvur ko‘ndalang kesimi va uzunligi bo'ylab o'zgarib boradi. Suyuqlik oqimi turbulent va laminar holatda bo‘lishi mumkin. Suyuqlikning fizik xususiyatlari o‘zgarishi tufayli laminar oqimda (Re<2300) noizotermik harakatda ikkita holat bo‘lishi mumkin — qovushqoq va gravitatsion qovushqoq. Bunday harakatlar uchun issiqlik berish qonunlari har xil va ular har xil mezon tenglamalari orqali izohlanadi. Laminar gravitatsion — qovushqoq holatda harakatlanayotgan issiqlik tashuvchining o‘rtacha issiqlik berish koeffitsientining taxminiy qiymatini quyidagi formula orqali hisoblash mumkin: bu yerda: sc — quvur uzunligi I ning diametri d ga nisbatini hisobga oluvchi tuzatma.
scning 1/d kattalikka bog'liq ravishdagi qiymatlari jadvalda ko‘rsatilgan. 0 ‘xshashlik mezonlaridagi indeks suyuqlikning yoki devorning o‘rtacha haroratlariga tegishliligini ko‘rSatadi. (d — devor; s — suyuqlik). Suyuqlik turbulent (Re >10000) harakatlanganda, E/d >50 bo'lsa, issiqlik berish koeffitsientining o‘rtacha qiymati a ni quyidagi formula orqali topish mumkin.
Nu^ = 0,02 Re • P r0,43 • (-^i-)0’25 (207) Pro Pr, — devordagi suyuqlikning o‘rtacha harorati bo‘yicha olinadi. To‘g‘ri tekis quvurda turbulent harakat qilayotgan gazning issiqlik berish koeffitsientini quyidagi formula orqali hisoblash mumkin.
Nu« r 0.022ReS«-Pr,“'"•£» (208)
Agar (x/d > 15) bo‘lsa, e;:= 1 va (x/d) < 15 bo‘lsa, sw = 1,38 (x/d)0'12 ga teng bo‘ladi. Agar quvur diametri dumaloq bo'lmasa yoki ilonsimon shaklda bo‘lsa, hisoblashda bu e’tiborga olinishi kerak.
Erkin harakatlanishda issiqlik berilishi
Gravitatsion kuch ta’sirida erkin harakat hosil bo‘ladi. Harakatlar turbulent va laminar bo‘lishi mumkin. Erkin laminar harakatda vertikal devorning issiqlik berish koeffitsienti quyidagi formula orqali topiladi:
Pr Nus = O^iGr^Pr)0’2^ )w* (209)
Laminar oqimda ts=const bo‘lganda vertikal devorning issiqlik berish koeffitsienti quyidagi formula bilan hisoblanadi:
Prs Nu c = 0,63(Grs t Prs)"-25( TT- )»■* (210)
Suyuqlik gorizontal quvur atrofida erkin laminar harakatlanganda o‘rtacha issiqlik berish koeffltsienti quyidagi formula orqali hisoblanadi:
Prs Nusd = 0,5(Gr.d Prs)°-25( p l~ )0 25 ( 21 1) 11i) Rivojlangan turbulent harakat (Grsx Prs) bo‘lganda vertikal devor bo‘ylab erkin harakatlanishda issiqlik berish koeffltsienti quyidagi formula orqali topiladi:
Prs Nusx = 0,15(G rx Prs)0'53( ^ T ) 0-25 (212)
(208), (209), (210), (211) formulalarda aniqlanuvchi harorat deb qizigan yuzadan uzoqroqdagi harorat qabul qilinadi. (208) va (211) formulalarda aniqlanishi kerak bo‘lgan kattalik sifatida x qabul qilingan. x — devorning boshidan boshlab issiqlik berish koeffltsienti aniqlanuvchi maydonga bo‘lgan masofa, (209) ifodada I — devor uzunligi, (210) formulada esa d — quvurning tashqi diametri. Agar suyuqlik hajmi katta boMmasa, devor har xil kichik teshiklar bilan chegaralangan bo‘lsa, bu chegaralangan hajm deb ataladi. Bunda issiqlik berish koeffltsienti suyuqlikning turiga, uning harakati, devorlar orasidagi haroratlar farqi, teshiklarning geometrik kattaliklariga bog‘liq bo‘ladi. Amaliy hisobda ko‘pincha suyuqlik qatlamidan issiqlik oqimini topish kerak bo‘ladi. Bunday sharoitda chegaralangan hajmdagi qo‘sh jarayonlar issiqlik o‘tkazuvchanlikning ekvivalent jarayoniga almashtirib hisoblanadi:
q = (^v/5)(^,-^),Vt/m2 (213)
bu yerda: Xckv — chegaralangan hajmda issiqlik o‘tkazuvchanlik va konveksiya bilan issiqlik o‘tishini hisobga oluvchi issiqlik o‘tkazuvchan- likning ekvivalent koeffltsienti, \ , v = ekl (214)
bu yerda: X — suyuqlikning issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffltsienti, Vt/ mK; e. — issiqlik o‘tishida konveksiyaning ta’sirini ifodalovchi koeffitsient.
(Cr — Pr)rf > 103 boMgan aniqlikda ek = 0,8 (Cr — Pr) °’25 deb qabul
qilish mumkin. Aniqlanuvchi harorat sifatida:
tj = 0,5 (t^ - t di), °C bo'ladi. (215)
Aniqlanuvchi kattalik qilib teshik qalinligi 8m qabul qilingan. Gorizontal teshik boMgan sharoitda yuqori yuzasining harorati pastki qismdagi haroratdan yuqori bo‘ladi. Suyuqlik harakat qilmaydi va A.ckv = X, konvektiv issiqiik almashuvi qiymati nolga teng bo'ladi.
BUG4 QAYTADAN SUVGA AYLANISHIDA ISSIQ LIK BERUVCHANLIK
Kondensatsiya hodisasi Bug’ to‘yinish haroratidan pastroq haroratga ega bo‘lgan yuza bilan tutashsa, u yana qaytadan suvga aylanadi, ana shu hodisa kondensatsiya hodisasi, hosil bo‘lgan massa esa kondensat deyiladi. Amalda kondensatsiya hodisasi - turbina kondensatorlarida, issiqlik almashinish apparatlarida uchraydi. Kondensatsiya jarayoni issiqlik almashuvi bilan bog‘liq, chunki bug1 qaytadan suvga aylanishida ichki bug'lanish issiqligi ajraladi. Kondensatsiya bug‘ hajmida ham, yuzada ham sodir bo‘lishi mumkin. Bug1 hajmida bo‘ladigan kondensatsiya berilgan bosimda bug‘ning to‘yinish haroratiga nisbatan sovigan holatda uchraydi. Xalq xo‘jaligining ko‘pgina sohalarida, xususan issiqlik energetikasida asosan bug‘ning sovuq yuza bilan to'qnashishida hosil bo‘ladigan kondensatsiya, ya’ni yuzadagi kondensatsiya jarayoni ishlatiladi. Bunday kondensatsiya yuzaning harorati berilgan bosimda to'yinish haroratidan kichik bo'lgandagina sodir bo'ladi. Qattiq jism yuzasida goho kondensat plyonkasi, goho alohida tomchilar hosil bo‘ladi. Birinchi holatdagi kondensatsiya holati plyonkali, ikkinchi holatdagisi tomchili kondensatsiya holati deyiladi. Kondensatsiya holati yuzaga kelishi, suyuqlik yuzani ho‘llashiga va ho‘llamasligiga bog‘liq bo‘ladi. Agar suyuqlik yuzani (sirtni) ho‘llasa, bunda plyonkali kondensatsiya hosil bo‘ladi. Agar suyuqlik sirtni ho‘llamasa, u holda tomchili kondensatsiya hosil boiadi. Yuzaning suyuqlik bilan ho‘llanishi va ho‘llanmasligi sirt tortilish kuchining ta’siri hisobiga bo‘ladi. Nima ta’sirida sirt tortilish kuchi paydo bo‘lishini ko‘rib chiqamiz. Suyuqlik hajmida joylashgan zarrachaga o‘zaro tortishish kuchlari ta’sir etadi. Bu kuchlarning yig‘indisi nolga teng. Sirtda joylashgan zarrachaga shu kuch ta’sir etadi, lekin bu bir tomondan ta’sir etish bo‘ladi. Shuning uchun qandaydir kuchlarning yig'indisi sirt tortilish kuchi deyiladi va bu kuch suyuqlik ichiga yo‘naladi. Shu kuchlar ta’sirida suyuqlik o‘zining sirtini kamaytirishga intiladi. Sirt tortilish kuchining fazalar ajralish chegarasidagi uzunligiga bo‘lgan nisbati sirt tortilish kuchi koeffitsienti deyiladi va a bilan belgilanadi. Shularni e’tiborga olganda, suyuqlik yuzasi sirt yuzasi bilan burchak hosil qiladi. Bu 0 bilan belgilanadi.
Ana shu burchakli sirt bilan suyuqlik zarrasi orasida qanday holatda boMishini quyidagi chizmada ko'ramiz :
J.V // »f z ~ z §
I holatda 0<9O°C holati yuzaga keladi, ya’ni suyuqlik yuzani hoMIaydi; II holatda 0>9O°C holati yuzaga keladi, ya’ni suyuqlik yuzani ho'llamaydi. Sirt tortilish koeffitsienti ikkala holat uchun kuyidagicha bo‘ladi: a . — kuch — sirt — gaz; sirt gaz о > Bunda: osuyuqga2 - kuch - suyuqlik - gaz; g . — kuch — sirt —suyuqlik. sirt suyuq *' ^
Tomchi uchun tenglik shartini quyidagicha yozishimiz murnkin:
Q = G r bunda G — hosil bo‘lgan kondensatning miqdori.
Aniq masalalarda issiqlik almashinishini ko‘rishda harakatlanayotgan va qo‘zg‘almas bug‘larning kondensatsiyasini ajratish zarur bo'ladi. Bug'ning harakati kondensat plyonkasining qarshiligiga, demakki, issiqlik almashuvining intensivligiga ta ’sir qiladi. H aqiqatan ham biz harakatlanuvchi bug‘ning kondensatsiyasiga egam iz, chunki kondensatsiyalangan bug‘ning hajmi o‘rniga yuzada yana yangi bug1 hajmi paydo bo‘ladi. Shuning uchun bug' doimo harakatda bo'ladi. Vertikal yuza uchun bug‘ning tezligi quyidagiga teng boMadi:
w = , m/c (217)
To'yingan suv bug‘i uchun w= 0,23 m/sek. Bunday tezlik bilan bug1 kondensat plyonkasiga ta’sir eta olmaydi. Shuning uchun harakatlanmaydi deb hisoblanadi.
Vertikal yuza atrofida harakatlanmayotgan plyonkali kondensatsiyadagi issiqlik almashuvi Vertikal yuzada sirt haroratga ega bo'lgan quruq to‘yingan bug* kondesatsiyalanyapti. Kondensat plyonkasi koliniar haroratga ega. Shunday holatni ko‘rib chiqish uchun quyidagilarga e’tibor beramiz: 1) kondensat plyonkasida hosil boiadigan inersiya kuchlari qovushqoqlik va og‘irlik kuchlariga qaraganda kichik;
2) plyonkadan konvektiv issiqlik berilishi yo‘q, plyonka bo‘ylab issiqlik o‘tkazuvchanlik hisobga olinmaydi — issiqlik faqat plyonkadan beriladi; 3) bug‘ — suyuqlik ajratish fazasi chegarasida ishqalanish yo‘q deb hisoblanadi; 4) kondensat plyonkasining tashqi yuzasidagi harorat o‘zgarmaydi va u tnga teng; 5) fizik parametrlar haroratga bogMiq emas; 6) bug‘ning zichligi suvning zichligiga qaraganda kichik.
Plyonkaning laminar oqimi holatidagi o'zgarishlarni ko‘rib chiqamiz. Energiya tenglamasini yozamiz:
d t d t d t d t d 2t d 2t d 2t — + W„ — +WV — +W. — - a(— r- + — ^ H------) (218) ÔT 8 x d y ' d z d x d y ' d z d t barqaror holat bo‘lgani uchun — = 0 (219) OT konvektiv issiqlik uzatilishi bo‘lmagani uchun
TJ_ d t ... d t d t w° t : + Wy +W* T = 0 (22°) d x d y d z
Paragraf boshlanishida yozilganidek, plyonka bo'ylab issiqlik uzatilishi bo‘lmagani uchun quyidagiga ega bo‘lamiz:
d 2t A d 2t A — Y = U va — y = u , unda energiya tenglamasi quyidagicha yoziladi: d x d z 4 = 0 Sy1
Chegara shartlari:
7 = 0 < = („„ dW , =0
y = S t = t ^ = 0 (2 2 1) " d y
Energiya tenglamasini integrallaymiz:
d t — = c, ; r = c, y + c 2 d y
chegara shartlarini hisobga olganda:
У = ° C 2 = ‘ , r , у = 5 t = c, 8 + t , —> c, = —— — , agar " 1 S (222)
Shundan : — = —— — dy Ô Issiqlik berish koeffitsienti
Л ~ a = .... (L = fy — - A ^ ~ ^ = A. (224) К ~ t.siri ¿и ~ tsin d tn — ^sit! 3
Agar plyonka orqali issiqlik faqat issiqlik o‘tkazuvchanlik orqali
К berilayotgan bo‘lsa, u holda# - ~ bo‘ladi. о Oxirgi ifoda bo'yicha issiqlik berish koeffitsienti a ni hisoblash uchun sirtning balandligi bo‘ylab plyonkaning qalinligini bilishimiz zarur bo‘ladi. Plyonkaning qalinligini ifodalovchi ifodani topish uchun harakat differensial tenglamadan foydalanamiz. Harakat differensial tenglamasini integrallab, quyidagiga ega boMamiz:
\4Xfic( tr - t xirt)x ~ i| 2 , (225) V r Pc g Olingan tenglamani awalgi tenglamaga qo‘yish natijasida a = Я VÄ =S 4)41/¿c(fr il4Âfic(tT-tsJx (226) V rPcê kelib chiqadi. Ushbu ifodadan issiqlik berish koeffitsientining mahalliy lokal qiymatini X kesimida hisoblasa bo‘ladi. Balandlik bo‘yicha o‘rtacha issiqlik berish koeffitsientini aniqlash uchun quyidagi ifodadan foydalanamiz:
1 h a = — |adx h J AA i\ Bu ifodadan olingana qiymatni qo‘yib, tenglamani integrallab, vertikal yuzalar uchun o'rtacha issiqlik berish koeffitsientini aniqlash ifodasini yozamiz:
a = 0,943 r * p 2J cg (228) Bu ifoda Nusselt tomonidan 1916-yilda yozilgan bo‘lib, u orqali vertikal joylashgan yuzalardagi issiqlik berish koeffitsientini aniqlaydi.
Gorizontal quvurlarda va quvurlar to‘plamidagi kodensatsiya Nusselt tomonidan topilgan ifoda gorizontal quvurlar uchun quyidagicha yoziladi:
a = 0,788 4 p 2iïgr V M(tz - tsir,)d (229)
(229) ifodadagi a qo‘zg‘almas bug* kondensatsiyasi uchun ishlatiladi. Lekin amalda qo‘zg‘aluvchan oqimlarda kondensatsiya doim amalga
oshadi. Bunda bug‘ning tezligi qancha katta bo‘lsa, haroratlar farqi va bosim katta bo'ladi. Shuning uchun issiqlik berish koeffitsienti katta bo‘ladi. Tajriba natijalarini hisoblash orqali harakatlanayotgan quruq to‘yingan bug'ning gorizontal quvurda kondensatsiyalashishida quyidagi ifoda ishlatiladi:
Kondensatsion apparatlar bitta quvurdan emas, balki quvurlar to'plamidan tashkil topgan bo'ladi. Quvurlar to‘plamidagi kondensatsiyada issiqlik beruvchanlikning jadalligi yakka quvurlarnikiga qaraganda boshqacharoq bo‘ladi. Buni quyidagi ikkita omil bilan tushuntirsa bo‘ladi: 1)quvurlar to‘plamidanbug'ning harakatlanishi davomida uning tezligi kamayadi. 2)kondensat plyonkasining qalinligi quvurdan-quvurga harakatlanish tufayli ko‘payadi. Kondensat plyonkasining kattalashishi issiqlik beruvchanlikni kamaytiradi. Kondensat quvurga alohida tomchilar yoki jildiragan oqim oqib tushadi. Bu bir tomondan kondensatning plyonkasini oshiradi, ikkinchi tomondan esa oqimning harakatini o‘zgartiradi. Ushbu holat plyonkani turbulent oqim holatiga olib keladi. Shuning natijasida harakat quvur bo‘ylab boradi. Issiqlik almashinishining intensivligini baholashda alohida olingan quvurlar uchun tajriba yo‘li bilan quyidagi ifoda belgilangan. Bu ifoda yuqoridagi quvurga tushadigan kondensatning miqdorini hisobga oladi.
Nu = 0,722? Re0'16 Re’0125 h s
Ga0M} h )0,08 (-)< Ga — Galiley mezoni; Re — Reynolds mezoni.n
n bu yerda: — n qator quvurlarga kelib tushadigan umumiy /=1 kondensatning miqdori;
Gn — ko'rilayotgan quvurlarda hosil bo‘lgan kondensat miqdori; n — koridor yoki shaxmat shaklida joylashgan quvurlar to‘plamidagi qatorlar soni; a n — n qatorga ega bo'lgan quvurlarning issiqlik berish koefíltsienti; a¡ ~ yuqoridan birinchi qatordagi quvurlarning issiqlik berish koefíltsienti. Ushbu olingan ifoda orqali hisoblashlar murakkab, chunki hisoblashni birinchi qatordan boshlab ketma-ket davom ettirish zarur bo‘ladi. Agar ba’zi bir qisqartirishlar kiritib, ya’ni bug‘ning bosimi va haroratlari farqi quvur balandligida deb qabul qilinsa, u holda issiqlik berish koeffitsientini hisoblash osonlashadi.
Bug‘ning tomchili kondcnsatsiyasida issiqlik beruvchanlik
Oldingi paragraflardan ma’lum bo‘ldiki, tomchili kondensatsiya kondensat yuzani hoMlamasligi hisobiga vujudga kelar ekan. Tajribalar shuni ko‘rsatadiki, tomchi hosil bo'lish jarayoni juda tez bo‘lib, keyinchalik bu tezlik keskin kamayadi. Tomchilar bir-biri bilan qo‘shilib, tezda yuzadan tushib ketadi. Tomchi hosil bo‘lishi uchun esa bug‘ sovishi kerak, ya’ni uning harorati to‘yinish haroratidan kichik bo‘lishi zarur. Bunday holat tomchining tekis yuzasi bosimining yuqoridagi bosimdan kichikligi hisobiga paydo bo‘ladi. Bug‘ning tomchiga aylanishida uning radiusi kritik radiusdan birmuncha kattaroq bo‘lishi evaziga hosil bo'ladi. Kritik radius Tomson tenglamasi orqali aniqlanadi:
2 rTa= r p A T . - T ^ ) (232) bu yerda: Ta — berilgan bosimdagi bug‘ning harorati;
Tm:a — tomchi yuzasining harorati.
Tomchili kondesatsiya davomida kondensat plyonkasi paydo bo‘lib qolish holatlari bo'ladi. Lekin bu plyonkaning qalinligi juda kichik bo'lganligi sababli, u juda tez boiinib tomchi hosil qiladi. Bo‘shagan joyda yana ancha plyonka hosil bo‘lib, u yana tez boiinadi. Kondensatning tomchi shaklida yuzaga kelishi kondensatsiya jarayonini tezlashtiradi va termik qarshilik kichik bo‘ladi.
Tomchili kondensatsiya jarayonida yuzaning harorati vaqt bo‘yicha o‘zgaradi. Haroratning o‘zgarishi kondensatsiyalanayotgan bug‘ termik qarshiligining o‘zgamvchanligiga bogMiq bo'ladi. Ana shunday kattaliklami hisobga olgan holda, tomchili kondensatsiya jarayonini hisoblash uchun quyidagi ifodalar qabul qiiingan:
Re, = 8 -1 0-4 -i-3.3-10'3 bo‘lganda,
Nu = 3,2-10~4 Re,~084 /7K016-/V 5
Re, = 3 ,3 -IO"3 h - 1.8-10“2 bo'lganda,
Nu = 5 -IO'6 R e'1’57 771,16 P 3
% — harorat koefitsienti. Mezonli tenglamalardagi mezonlarning ifodalarini qo‘yish natijasida quyidagi ifodalarni hosil qilamiz:
a = c, At0'16 , q = c2 At1'16
a = c3 At"0,57 , q = c4 At0’43
Bunda: s,, s2, s3, s4 - issiqlik fizik kattaliklardan tashkil qiiingan o'zgarmas kattalikdir.
I g p /X /9,81-998,2 -2432300- 0,515~a 'er ’ -1,14 V 1,006-10"6 - 3-18=3160 Vt/m2K bu yerdagi koefFitsientlarning qiymatini jadvallardan o‘rtacha harorat orqali olamiz. to,r = 0,5(t, ~ tkc)=0,5(l l+29)=20 °C. tc.r =20 "C da c=998,2 kg/m* X =0,515 Vt/m2; h =1,006 106 mJ/s; bug'lanish issiqligi t=29 °C da r =2432,3 kJ /kg. Issiqlik miqdori: Q= 3160-3,14-0,03-18 = 16000 Vt= 16 kVt.
Foydalanilgan adabiyotlar:
1. Ismoilov M., Xabibullayev P., Xaliulin M. «Fizika kursi» Toshkent, O‘zbekiston, 2000.
2. Nazarov O‘.Q. «Umumiy fizika kursi». II Toshkent, O‘zbekiston, 2002.
3. Abdusalomova
M.N. «Fizika fanidan ma’ruzalar matni». SamKI, 2003.